一种谐波和间谐波参数的检测方法技术

为克服现有的谐波、间谐波检测方法的不足，本发明专利技术提供谐波和间谐波参数检测方法，其主要实现步骤为：１）根据正弦、余弦函数的特性，通过数学变换将电压或电流信号中的基波分量和各次谐波分量分别变换成直流分量；２）用低通滤波提取直流分量，计算基波分量和各次谐波分量的幅值和相位角等参数；３）从电压信号中减去基波和谐波分量，得到只含各间谐波的电压或电流信号；４）通过幅值谱最大值搜素获取各间谐波参数。该方法能较快速和较精确地检测谐波、间谐波频率、幅值、相位角等参数的数字检测方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及一种电力系统电压和电流的谐波、间谐波参数检测方法。
技术介绍
根据IEC相关标准及我国国家标准，通常所说的谐波定义为工频整数 倍的频谱分量，介于各次谐波之间的分量，即频率为工频非整数倍的分量 称为间谐波或分数次谐波。谐波、间谐波使电能的生产、传输和使用的效 率降低，电容器等电气设备发生故障或烧毁，继电保护和自动装置不准确 动作等等。随着大容量非线性电气设备的增加，电网中谐波和间谐波污染 日益严重，必须加以有效抑制。谐波、间谐波参数检测是电能质量评估的重要内容和谐波治理的依据。 电力系统谐波测量的经典方法是传统的傅立叶变换法。但是，在间谐波存 在时， 一般不能实现同步采样，频谱泄漏和栅栏效应导致传统傅立叶算法 的检测误差十分严重。加窗插值及频谱校正等相应的改进方法在某种程度 上能减小测量误差，但以较长的测量时间和较大的计算量为代价；同时需 构造窗函数，使分析变得复杂。另外，小波变换、现代谱估计、人工智能 等方法也被用于分析电力谐波和间谐波，但它们实时性较差。基于瞬时无 功功率理论的检测方法实时性好，但不适合于定量检测各次谐波和各间谐波分量参数。因此，检测精度高、实时性好的谐波、间谐波参数定量检测方法极具 工程实用价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有的谐波、间谐波参数检测方法 的不足，提供，该方法在谐波、间谐波 同时存在的情况下，能较快速和较精确地检测谐波、间谐波频率、幅值、 相位角等参数。本专利技术的技术解决方案如下一种谐波和间谐波参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤1) 对电压信号"进行数字采样，得采样序列<formula>formula see original document page 5</formula>对采样序列进行数学变换，得到新序列",和",<formula>formula see original document page 5</formula>其中"为基波角频率，g = l，2，3，--;2) 采用低通滤波器对w,和&进行低通滤波，提取直流分量^、 i72，然 后按公式<formula>formula see original document page 5</formula>计算基波和各次谐波的电压有效值和初相角％ ; g次谐波的频率为g倍基波频率；3) 令g4，2，3，…，按下式重构g次谐波Mg(A:)-2i7i("cos(紐(y7^) + 2i72(A:)sin(松(y7])A:-0,1，2，…；再从原电压信号w中减去基波和各次谐波分量，得到只含各间谐波的 电压信号；4) 求取间谐波频率的初值估计值将只含间谐波的电压信号进行快速 傅立叶变换，快速傅立叶变换的频率分辨率取预设值fl,得到信号的间谐波的粗略幅值谱；将粗略频谱图的峰值对应的频率y;,， //2， //3，…，作为间谐波频率的初始估计值；5) 进行有效值的极大值搜索，求取相应的间谐波参数，具体步骤如下对于间谐波频率的初始估计值/;,， //2， //3，…，中的每一个值，分别在其每一个值的邻近区域以频率步长为f2搜索幅值谱最大值，且f2〈fl，当有 效值出现极大值时对应的间谐波次数即为所求的间谐波参数。所述的低通滤波器为3阶巴特沃斯低通滤波器。作为优选值，n为lHz， f2为0. lHz或0.01Hz。检测方法的工作原理如下设电压信号的频谱是离散的，则电压信号的时域数学表达式为其中，"为信号基波角频率；A为谐波或间谐波的次数(为整数或小数) 若A为整数，对应(整数次)谐波，若A不为整数，对应间谐波；^为/2次 谐波或间谐波电压瞬时值，"、％分别为/2次谐波或间谐波的有效值和初 相角。定义如下数学变换w2 = wsin(g(yf，其中，g为谐波或间谐波的次数;则= V^"Z仏，=;X仏2若"g，贝'JZ仏[sin ((Zz — g) W + %) — sin((/z ++ <^)2 "gcosC + i"gcos(2- + <%) 6十丁S" [cos((/z — g)W + + cos((/z + g)W + )—w，巧+ w2 "gS+g) + "yt/gSin(2g纽+ (^)2仏[sin((/z - g)W + - sin((/z + g)W) +2 /;w， + w2其中^、 ^分别为",的直流分量和交流分量，^、 ^分别为&的直流分i 和交流分量。将M,、 "2低通滤波，得到它们的直流分量分别为M，2 2由上两式可以就得第g次谐波的有效值和 相角分别为t/。 = J + 25 ;-arctan、"i 乂基于上述检测原理，谐波、间谐波参数检测的技术方案如下1) 根据正弦、余弦函数的特性，取g^，2，3,…，通过数学变换将电压 (或电流)信号中的基波分量和各次谐波分量分别变换成直流分量；2) 用低通滤波提取直流分量，计算基波分量和各次谐波分量的幅值和 相位角等参数；3) 从电压(或电流)信号中减去基波和谐波分量，得到只含各间谐波 的电压(或电流)信号；4) 对电压(或电流)信号采样1秒，并对采样序列值做快速傅立叶变 换(FFT),得到频谱分辨率为1Hz的信号粗略频谱，将其峰值对应的频率 作为间谐波频率的初始估计值。5) 在间谐波初始估计频率的邻近区域，通过幅值谱最大值搜索获取各 间谐波的频率、幅值和相位角参数。本专利技术的优点与效果1) 适用范围广，对于频谱离散的电压、电流信号，可检测其各整数次 谐波和间谐波的频率、有效值和相位角；2) 谐波、间谐波参数检测精度髙，不受"频谱泄露"等因素的影响；3) 实施简便，具有良好的动态跟踪性能，满足谐波、间谐波检测对实 时性的要求。综上所述，本专利克服了传统离散傅立叶变换在间谐波检测方面的不 足，具有显著的理论和技术优势，具有极高的应用价值。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。 实施例1:由于电压、电流的谐波间谐波参数检测方法基本相同，下面以电压为 例说明谐波、间谐波检测的具体实现方法。步骤l):对电压信号w进行数字采样(采样频率取32001^，采样周期7; = 1/3200 秒)，得采样序列对采样数字序列进行数学变换，得到新序列^和"2:A = 0,1,2,'.其中基波角频率w由常规数字锁相环技术得到，<formula>formula see original document page 9</formula>(1)步骤2):采用3阶Butterworth (巴特沃斯)低通滤波器对^和^进行低通滤 波，提取直流分量^、 ^ (也可采用其它类型的常规低通滤波器提取直流 分量)，然后按公<formula>formula see original document page 10</formula>柳计算基波(g=l)和各次谐波(g = 2,3,4，-g次谐波的频率为g倍基波频率。A = 0,1， 2,-)的电压有效值^和^步骤3):令^=1，2，3，"*，按下式重构g次谐波Wg(A:)二2i7,(A:)cos(/:g(yrs) + 2i72("sin(Ag本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐波和间谐波参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：　１）对电压信号ｕ进行数字采样，得采样序列：　ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ.Ｔ↓［ｓ］）ｋ＝０，１，２，…；　对采样序列进行数学变换，得到新序列ｕ↓［１］和ｕ↓［２］：　＊ ＊＊　ｋ＝０，１，２，…；　其中ω为基波角频率，ｇ＝１，２，３，…；　２）采用低通滤波器对ｕ１和ｕ２进行低通滤波，提取直流分量ｕ↓［１］、ｕ↓［２］，然后按公式　＊＊＊　ｋ＝０，１，２，…，计算基波和各次谐波的电压有效 值Ｕ↓［ｇ］和初相角φ↓［ｇ］；ｇ次谐波的频率为ｇ倍基波频率；　３）令ｇ＝１，２，３，…，按下式重构ｇ次谐波：　ｕ↓［ｇ］（ｋ）＝２ｕ↓［１］（ｋ）ｃｏｓ（ｋｇωＴ↓［ｓ］）＋２ｕ↓［２］（ｋ）ｓｉｎ（ｋｇωＴ↓［ｓ］）　ｋ＝ ０，１，２，…；　再从原电压信号ｕ中减去基波和各次谐波分量，得到只含各间谐波的电压信号；　４）求取间谐波频率的初值估计值：将只含间谐波的电压信号进行快速傅立叶变换，快速傅立叶变换的频率分辨率取预设值ｆ１，得到信号的间谐波的粗略幅 值谱；将粗略频谱图的峰值对应的频率ｆ↓［Ｉ１］，ｆ↓［Ｉ３］，ｆ↓［Ｉ３］，…，作为间谐波频率的初始估计值；　５）进行有效值的极大值搜索，求取相应的间谐波参数，具体步骤如下：对于间谐波频率的初始估计值ｆ↓［Ｉ１］，ｆ↓［Ｉ２］，ｆ↓［ Ｉ３］，…，中的每一个值，分别在其每一个值的邻近区域以频率步长为ｆ２搜索幅值谱最大值，且ｆ２＜ｆ１，当有效值出现极大值时对应的间谐波次数即为所求的间谐波参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江亚群，何怡刚，黄纯，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]